数控机床加工程序编制

第3章数控机床加工程序的编制第3章数控机床加工程序的编制3.1数控车床编程3.2数控铣床编程3.3加工中心编程3.4数控自动编程简介思考与练习题第3章数控机床加工程序的编制3.1数控车床编程3.1.1数控车床的编程特点1．数控车床的工作原理首先根据被加工零件的图样，将工件的形状、尺寸、加工顺序、切削用量、工件移动距离以及其他辅助动作，按运动顺序和所用数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，然后用穿孔或录磁等方法，把程序以一定的代码形式记录在穿孔纸带（或磁盘）上。工作时将指令带（穿孔纸带、磁盘）放入控制系统的数字控制装置中去，控制装置就依照指令带上的代码指令进行运算，并将运算结果输入驱动装置，带动机床传动机构按要求的程序自动地进行工作，从而加工出符合工件图样要求的零件形状和精确的尺寸要求。第3章数控机床加工程序的编制2．数控车床的结构特点与普通卧式车床相比，数控车床有着许多独特的结构特点。由于数控车床刀架的两个方向的运动分别由两台伺服电动机驱动，所以它的传动链短，不必使用挂轮、丝杠等传动部件。伺服电动机可以直接与丝杠连接带动刀架运动。多功能数控车床采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴，也可以按控制指令作无级变速。因此，数控车床的结构特点之一是床头箱内的结构比传统车床简单得多。数控车床的另一个特点是刚性高，这是为了与控制系统的高精度相匹配，以适应高精度的加工。数控机床的第三个结构特点是轻拖动，刀架移动一般采用滚珠丝杠副。为了拖动轻便，数控车床润滑应比较充分，大部分采用油雾自动润滑。另外，高档的数控车床机床导轨也有着特殊的要求，一般还配有自动排屑装置、液压动力卡盘和气动防护门。第3章数控机床加工程序的编制3.数控车床的编程特点数控车床加工的是回转类的零件。车床主轴上装夹的是待加工工件，高速旋转的是工件，刀具安装在刀架上，只能在二维平面内移动，因而具有如下特点：(1）换刀一般在程序原点进行，同时应注意换刀点应选择在工件外安全的地方。(2）在一个程序段中，可以采用绝对值编程（X、Z）、增量值编程（U、W）或者二者混合编程，但不论是哪一种编程方式，若某方向位移为0，可不写入程序。直径方向（横向）用绝对值编程时，X以直径值表示；用增量编程时，X以径向实际位移量的二倍值表示，并附上方向符号（正向可以省略），纵向无此规定。第3章数控机床加工程序的编制(3）程序原点坐标值一般应选为正值。(4）为提高工件径向尺寸精度，X向的脉冲当量取Z向的一半。(5）由于车削加工毛坯余量较大，为简化程序编制，数控装置常具备有不同形式的固定循环功能，可以进行多次重复循环切削。(6）编程时，常认为车刀刀尖是一个点，而实际上为了提高刀具寿命和工件表面质量，车刀刀尖常被磨成一个半径不大的圆弧。因此，当编制圆头车刀程序时，需要对刀具进行半径补偿。第3章数控机床加工程序的编制4．数控车床坐标系统数控车床坐标系统有机床坐标系、编程坐标系和工件坐标系等。1）车床坐标系是数控机床安装调试时便设定好的固定坐标系统。对带参考点设定功能的车床而言，其机床坐标原点就在车床主轴端头(或卡盘)的中心，沿轴心方向作为Z轴，其正向指向尾座顶尖。以刀架横向拖板运动方向作为X轴，其正向由主轴回转中心指向工件外部。第3章数控机床加工程序的编制图3-1（a）后置式刀架;（b）前置式刀架第3章数控机床加工程序的编制2）编程坐标系是在对图纸上零件编程计算时就建立的，程序数据用的便是基于该坐标系的坐标值。第3章数控机床加工程序的编制3）工件坐标系工件坐标系是当系统执行“G92X...Z...”后才建立起来的坐标系，或用G54～G59预置的坐标系。对刀操作就是用来沟通机床坐标系、编程坐标系和工件坐标系三者之间的相互关系的，由于坐标轴的正负方向都是统一的，因此实际上是确立坐标原点的位置。由对刀操作，找到编程原点在机床坐标系中的坐标位置，然后通过执行G92或G54～G59的指令创建和编程坐标系一致的工件坐标系。可以说，工件坐标系就是编程坐标系在机床上的具体体现。编程(工件)坐标原点通常选在工件右端面、左端面或卡爪的前端面。当用G90编程方式时，通常将工件原点设在工件左端轴心处，这样程序中的各坐标值基本都是正值，比较方便；当用G91编程时，取在工件右端较为方便，因为加工都是从右端开始的。工件坐标系建立以后，程序中所有绝对坐标值都是相对于工件原点的。第3章数控机床加工程序的编制4）工件坐标系的建立——G92（G50）数控程序中所有的坐标数据都是在编程坐标系中确立的，而编程坐标系并不和机床坐标系重合，所以在工件装夹到机床上后，必须告诉机床，程序数据所依赖的坐标系统就是工件坐标系。通过对刀取得刀位点数据后，便可由程序中的G92(有的机床控制系统用G50)设定。当执行到这一程序段后即在机床控制系统内建立一个工件坐标系。其指令格式为：G92(G50)X...Z...；第3章数控机床加工程序的编制该指令用于声明刀具起刀点(或换刀点)在工件坐标系中的坐标，通过声明这一参照点的坐标而创建工件坐标系。X、Z后的数值即为当前刀位点(如刀尖)在工件坐标系中的坐标，在实际加工以前通过对刀操作即可获得这一数据。换言之，对刀操作即是测定某一位置处刀具刀位点相对于工件原点的距离。一般的，在整个程序中有坐标移动的程序段前，应由此指令来建立工件坐标系。整个程序中全用G91方式编程时可不用G92指令。第3章数控机床加工程序的编制说明：（1）在执行此指令之前必须先进行对刀，通过调整机床，将刀尖放在程序所要求的起刀点位置上。（2）此指令并不会产生机械移动，只是让系统内部用新的坐标值取代旧的坐标值，从而建立新的坐标系。第3章数控机床加工程序的编制5）预置工件坐标系G54～G59具有参考点设定功能的机床还可用工件零点预置G54～G59指令来建立工件坐标系。它是先测定出欲预置的工件原点相对于机床原点的偏置值，并把该偏置值通过参数设定的方式预置在机床参数数据库中，因而该值无论断电与否都将一直被系统所记忆，直到重新设置为止。当工件原点预置好以后，便可用“G54G00X-Z-；”指令让刀具移到该预置工件坐标系中的任意指定位置。不需要再通过试切对刀的方法去测定刀具起刀点相对于工件原点的坐标，也不需要再使用G92指令了。很多数控系统都提供G54～G59指令，完成共预置六个工件原点的功能。第3章数控机床加工程序的编制G54～G59与G92之间的区别是：用G92时，后面一定要跟坐标地址字；而用G54～G59时，则不需要后跟坐标地址字，且可单独作一行书写。若其后紧跟有地址坐标字，则该地址坐标字是附属于前次移动所用的模态G指令的，如G00、G01等。用G54等设立工件原点可在“数据设定”→“零点偏置”层次菜单项中进行，运行程序时若遇到G54指令，则自此以后的程序中所有用绝对编程方式定义的坐标值均是以G54指令的零点作为原点的。直到再遇到新的坐标系设定指令(如G92、G55～G59等)后，新的坐标系设定将取代旧的。G54建立的工件原点是相对于机床原点而言的，在程序运行前就已设定好而在程序运行中是无法重置的，G92建立的工件原点是相对于程序执行过程中当前刀具刀位点的。可通过编程来多次使用G92而重新建立新的工件坐标系。第3章数控机床加工程序的编制5．车床数控系统的功能1）准备功能G准备功能又称G功能或G代码，它是指数控系统准备好某种运动和工作方式的一种指令，由地址G及其后的两位数字组成。G代码分为模态代码和非模态代码两种。所谓模态代码，是指某一G代码,一经指定就一直有效，直到后面的程序段中使用同组G代码时才能取代它。而非模态代码只在指定的本段程序段中有效，下一段程序需要时必须重新指定。常用准备功能如表3-1所示。第3章数控机床加工程序的编制表3-1准备功能指令第3章数控机床加工程序的编制2）辅助功能M辅助功能又称M功能，主要用来表示机床操作时的各种辅助动作及其状态。它由地址M及其后面的两位数字组成，常用的辅助功能如表3-2所示。表3-2辅助功能指令第3章数控机床加工程序的编制（1）M00表示程序停止。执行M00指令后，机床所有动作均被切断，以便进行某种手动操作。重新按下程序启动按钮后，再继续执行后面的程序段。（2）M02表示程序结束。执行该指令后，表示程序内所有指令均已完成，因而切断机床所有动作，机床复位。但程序结束后，不返回到程序开头的位置。第3章数控机床加工程序的编制（3）M30表示执行该指令后，除完成M02的内容外，还具有纸带结束并自动返回到程序开头的位置的功能。由于目前大多数数控机床已经不采用纸带作为控制介质，也不用配备纸带阅读机，所以M02和M03可以通用。（4）M03、M04、M05分别表示主轴正转、反转和主轴停止转动。（5）M08、M09分别表示切削液的开启和关闭。第3章数控机床加工程序的编制3）FF功能用于指定进给速度，由地址F和后面的数字组成。F指令的单位有两种，当进给速度单位为mm/r时，表示主轴每转一圈进给移动的位移量（mm），此时的进给速度与主轴旋转的速度相关。当进给速度单位为mm/min时，与主轴转速无关。4）SS功能用于指定主轴的转速或速度，由地址S和后面的数字组成。一般单位为r/min。第3章数控机床加工程序的编制5）TT功能也叫刀具功能。它用来指定刀具号和刀具补偿组号，由地址T和后面的数字组成，格式为：对于六个刀位的数控车床，刀具号为00～32中的任意一个。刀具补偿组号为00时，表示不进行补偿或取消刀具补偿。原则上，每个刀具可以有多组刀补号，但是为了减少编程的错误，通常每个刀具只设一组刀补号，并且采用与刀具号相同的刀补号，如T0202等。F功能、S功能、T功能均为模态指令。刀具刀具号T补偿组号第3章数控机床加工程序的编制6．数控车床加工参数的选择1）合理选择切削用量切削用量（ap、f、v）选择是否合理，对于能否充分发挥机床潜力与刀具切削性能，实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。车削用量的选择原则是：粗车时，首先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量ap，其次选择一个较大的进给量f，最后确定一个合适的切削速度v。增大背吃刀量ap，可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑。因此根据以上原则选择粗车切削用量对于提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是有利的。第3章数控机床加工程序的编制精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀，因此选择精车的切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。因此精车时应选用较小的背吃刀量ap和进给量f，并选用切削性能好的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度v。此外，在安排粗、精车削用量时，应注意机床说明书给定的允许切削用量范围，对于主轴采用交流变频调速的数控车床。由于主轴在低转速时扭矩降低，尤其应注意此时的切削用量选择。现摘录一些资料上推荐的切削用量数据，供编程时参考，见表3－3。第3章数控机床加工程序的编制表3-3数控车削用量推荐表第3章数控机床加工程序的编制2)刀具尤其是刀片的选择是保证加工质量、提高加工效率的重要环节。零件材质的切削性能、毛坯余量、工件的尺寸精度和表面粗糙度要求、机床的自动化程度等都是选择刀片的重要依据。数控车床能兼作粗、精车削。因此粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。此外，为减少换刀时间和方便对刀，应尽可能采用机夹刀和机夹刀片。夹紧刀片的方式要选择得合理，刀片最好选择涂层硬质合金刀片。一般数控车床用得最普遍的是硬质合金刀具和高速钢刀具两种。第3章数控机床加工程序的编制7.数控车床操作安全注意事项在使用数控机床时，一定要坚持安全第一的原则，防止意外事故发生，造成对操作者和机床本身的伤害。以下是操作数控车床时应注意的一些问题，这些注意事项同样适用于操作其他类型的数控机床。(1）工作时，穿好工作服、安全鞋，戴好工作帽和防护镜，不允许戴手套操作机床。(2）工作空间应足够大。(3）不要用手触及电动机、变压器、控制板等有高压电源的